第5部分 信号调理技术1.ppt

测试技术与信号处理 →是便于信号的传输与处理 信号调理的目的　 1.传感器输出的电信号很微弱，大多数不能 直接输送到显示、记录或分析仪器中去， 需要进一步放大，有的还要进行阻抗变换。? 2.有些传感器输出的是电信号中混杂有干扰噪声， 需要去掉噪声，提高信噪比。 3.某些场合，为便于信号的远距离传输，需要 对传感器测量信号进行调制解调处理。 第四章 信号的调理与记录 第一节 信号的放大 通常情况下，传感器的输出信号都很微弱，必须用放大电路放大后才便于后续处理。为了保证测量精度的要求，放大电路应具有如下性能: 1) 足够的放大倍数； 2) 高输入阻抗，低输出阻抗； 3)高共模抑制能力; 4)低温漂、低噪声、低失调电压和电流。 线性运算放大器具备上述特点，因而传感器输出信号的放大电路都由运算放大器所组成，本节介绍几种常用的运算放大器电路。 信号放大电路 分类 放大器 直流放大器 交流放大器 电荷放大器 直流电桥 特点 交流电桥 →低频保留，高频截止 →高频保留，低频截止 →激励电源为直流源 →激励电源为交流源 →压电式传感器专用 信号放大电路 1. 直流放大电路 电压增益: 注意：①输入阻抗低，容易对传感器产生负载效应；②反馈电阻R2 值不能太大，否则会产生较大的噪声及漂移，一般为几十千欧至几百千欧；③R1的取值应远大于信号源ui 的内阻。 烟雾报警器 酒精传感器 二氧化碳传感器 信号放大电路 1) 反相放大器 2) 同相放大器 同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻抗很低的特点，广泛用于前置放大级。但易引入共模干扰。 同相放大器也是最基本的电路 ，其闭环电压增益Av为: 信号放大电路 3) 差分放大器 差分放大器也不能提供 足够的输入阻抗和共模 抑制比。因此由单个运 算放大器构成的放大电路在 传感器信号放大中很少直接采用。 一种常用来提高 输入阻抗的办法是在 基本放大电路之前串 接一级射极跟随器。 串接射极跟随器后，电路的输入阻抗可以提高到109欧以上，所以射极跟随器也常被称为阻抗变换器。 信号放大电路 2. 交流放大电路 R1一般取几十千欧。耦合电容 C1、C3可根据交流放大器的下限频率 fL 来确定。 若只需要放大交流信号，可采用图示的集成运放交流电压同相放大器。其中电容C1、C2及C3为隔直电容。 信号放大电路 第二节 调制与解调 目的 解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。 × 调制 解调 调制与解调 先将微弱的缓变信号加载到高频交流信号中去，然后利用交流放大器进行放大，最后再从放大器的输出信号中取出放大了的缓变信号。 例：交流电桥 Ve V R1 R3 R2 R4 调制是指利用某种低频信号来控制或改变一高频振荡信号的某个参数 (幅值、频率或相位)的过程。 调制与解调 信号 调制信号 x(t) 0 t 载波信号 z(t) 0 t 调制与解调 a) 幅值调制(AM) b) 频率调制(FM) c) 相位调制(PM) ← z(t)的幅值随x(t)变化而变化 ← z(t)的频率随x(t)变化而变化 ← z(t)的相位随x(t)变化而变化 调制类型 调制与解调 一、幅值调制与解调 调幅是将一个高频正弦信号（或称载波）与测试信号相乘，使载波信号幅值随测试信号的变化而变化。 缓变 信号 调 制 高频 信号 放 大 放大高 频信号 解 调 放大缓变信号 调制与解调 幅度调制与解调过程（波形分析） 乘法器 放大器 x(t) z(t) xm(t) 乘法器 滤波器 z(t) x(t) 调制与解调 幅度调制与解调过程（数学分析） 乘法器 放大器 乘法器 滤波器 x(t) z(t) xm(t) z(t) x(t) 调制与解调 幅度调制与解调过程（频谱分析） 乘法器 放大器 乘法器 滤波器 x(t) z(t) xm(t) z(t) x(t) X( f ) Z( f ) Xm( f ) Z( f ) X(f ) 低通滤波器 调制与解调 调幅信号的解调方法： (1) 同步解调 上述调制方法，将信号 x(t)直接与载波 z(t) 相乘。这种调幅波具有极性变化，解调时必须再乘与 z(t) 相位相同的 z’(t) 方能复原出原信号，故称同步解调。它要求有性能良好的线性乘法器，否则会引起信号失真。 调制与解调 (2) 包络检波（整流检波） 若对信号 x(t) 进行偏置，叠加一个直流分量 D，使偏置后的信号都具有正电压。 调制与解调 ① 调幅 调制与解调 ② 解调 二极管检波 低通滤波 调制与解调 调幅波的波形失真 过调失真：对于包络检波，要求其直流偏置必须